Kitartó globális lehűlési trend tört meg 17 millió éve, a miocén időszakban, és a drámai éghajlati fordulat felelőse a Föld mélyéről a légkörbe kerülő szén-dioxid volt. Ez a folyamat az elmúlt 20 millió év klímájára és a jégtakarók kiterjedésére is döntő hatást gyakorolt – derül ki egy nemrég, a Science-ben megjelent tanulmányból.

A kutatási eredmények rávilágítanak arra, hogy millió éves skálákon a kőzetlemezek mozgása, illetve a szárazföldek mállása szabályozza bolygónk éghajlatát, a légköri szén-dioxid-szint növelésén vagy csökkentésén keresztül. Az üvegházhatású gáz központi szerepet játszik a globális átlaghőmérséklet alakításában, és az az emberi tevékenység által okozott jelenlegi felmelegedés fő hajtóereje is.

Az elmúlt 66 millió év hőmérsékletváltozását rekonstruáló 2020-as kutatás alapján a földtörténeti újidőben egy darabig a dinoszauruszok uralta kréta időszak meleg éghajlata folytatódott. Ez még szélsőségesebbé vált 10 millió évvel később, a jelenlegi globális átlagnál akár 20 fokkal forróbb paleocén-eocén hőmérsékleti maximum idején. Még az eocén első felében, 49 millió éve megkezdődött a földtörténeti újidő nagy részét jellemző lehűlési trend. Ez 34 millió éve a kelet-antarktiszi jégtakaró kialakulásához vezető éghajlati átmenetbe torkollott, majd 18 millió éve a nyugat-antarktiszi jégtakaró létrejöttéhez vezetett.

Sokkal melegebb, mint ma, az antarktiszi jégtakaró nagy része el is olvadt

A nyugat-antarktiszi jégtakaró kialakulása után néhány százezer évvel jelentős felmelegedés kezdődött, ami 31 millió évnyi tendenciát fordított meg. Timothy Herbert és Colleen Dalton, az amerikai Brown Egyetem kutatói, illetve kollégáik az ehhez vezető okokat kívánták felderíteni. Ehhez először úgynevezett U₃₇^k/alkenon alapú geokémiai adatokkal megvizsgálták (ennek működéséről itt írtunk), hogyan alakult az óceánok felszíni hőmérséklete (SST, sea surface temperature) az elmúlt 20 millió évben. Az időszak kezdetén, a 40. szélességi fokok alatti magas hőmérsékletek megnehezítették az alkenonos globális hőmérsékleti rekonstrukciót, ezért a kutatók az északi és déli félgömb magasabb szélességű régióinak egykori hőmérsékleteiből következtettek a globális átlagra.

Kiderült, hogy a három millió évig tartó miocén éghajlati optimumkor a tengerfelszínek a mainál 7,25–11,5 fokkal, az óceánok mélye pedig akár 10 fokkal lehetett melegebb. Ebből következtetni lehet a szárazföldeket is lefedő globális felszíni hőmérsékletre is, amely akár korábbi becsléseket meghaladóan, 12–19 fokkal is magasabb lehetett a mostaninál. Az időszak után, még 10 millió éve is a maihoz képest 6 fokkal magasabb, a kutatók szerint feltűnően meleg óceáni hőmérsékletek voltak jellemzők, amelyek hasonlók lehettek a miocéni hőmérsékleti optimumot megelőzőekhez. A miocén közepi hőmérsékleti maximum létét független, Mg/Ca-ot alkalmazó geokémiai mérések és korábbi rekonstrukciók is megerősítik.

Ez az antarktiszi jégtakaró jelentős részének elolvadásához vezetett, amit a szakemberek szerint a kontinenst körülvevő déli óceán üledékrétegeinek és mikrofosszíliáinak vizsgálata támasztja alá. Egy tavaly decemberi kutatás ugyanakkor azt találta, hogy a hatalmas kelet-antarktiszi jégtakaró egy része megmaradt, a tengerszint ingadozáshoz hiányzó mennyiséget pedig az éppen csak kialakult nyugat-antarktiszi jégtakaró teljes eltűnése biztosította.

Mi okozta a felmelegedést?

A kutatók kiindulási hipotézisüket Berner és kollégáinak 1983-ban publikált tézisére építették, miszerint több millió éves időtávokon a légköri szén-dioxid-szintet az azt növelő lemeztektonikai kibocsátás és csökkentő szárazföldi kémiai mállás irányítja. Az elgondolásuk az volt, hogy az így, a bolygónk belsejéből felszínre kerülő szén-dioxid fontos alakítója volt az elmúlt 20 millió év éghajlatának.

Mivel a kőzetlemezek mozgása az újonnan keletkező tengeraljzatokból jól követhető, biztos kormeghatározással, a kutatók össze tudták rakni az óceáni kőzetlemezek keletkezési rátáját az elmúlt 20 millió évre visszamenőleg. Ez szerintük megfeleltethető annak, hogy idővel miként változott a kibocsátott szén-dioxid mennyisége is, ugyanakkor annak forrásait nem különíti el. Ezt azonban megtette egy május végén, a Nature-ben közölt tanulmány, amely a kőzetlemezek mozgásának és a Föld éghajlatának összefüggéseit vizsgálta. Müller és kollégái akkor azt találták, hogy az elmúlt 50 millió évben a teljes kibocsátás összességében növekedett. Ez az óceáni hátságok hozzájárulásának enyhe csökkenéséből, és az óceáni kőzetlemezek alábukásával (szubdukció) járó szén-dioxid felszabadulásnak jelentős növekedéséből tevődött össze.

A szakemberek most az óceáni kőzetlemezek keletkezésének sebességét tekintve azt találták, hogy az 14 millió éve a maihoz képest 30 százalékkal gyorsabb volt. Míg akkor az érték 3,3 négyzetkilométer/éves átlag körül alakult, 6 millió éve már csak 2,7 négyzetkilométer/év körül, és azóta ez nem sokat változott. A keletkezési ráta alakulása Herbert, Dalton és kollégáik szerint nagyjából hasonlít az óceánok hőmérsékletének több millió év alatti ingadozására. Ez arra sarkallta őket, hogy megnézzék, a korábbi elgondolásokkal összhangban inkább a kémiai mállás megnövekedése vezetett-e a miocén utáni lehűléshez, vagy a lemeztektonikával légkörbe kerülő szén-dioxid mértéke.

Ehhez a lemeztektonikai kibocsátás alakulásának adatait egy szénkörforgás-modellbe táplálták. Ez sikeresen visszaadta a miocén meleg éghajlatát, az időszak közepi hőmérsékleti maximumot és a későbbi lehűlést is. A kutatók úgy látják, ez egyrészt a tektonikai folyamatok és a szén-dioxid-felszabadulás közti hatékony kapcsolatot jelzi, illetve valószínűvé teszi, hogy a korábbi becslések a miocén légköri szén-dioxid-szintjéről túl alacsonyak lehetnek, és az a mostani kétszeresénél, 850 ppm-nél nem nagyon lehetett alacsonyabb.

A miocén hőmérsékleti optimumot tovább növelhette az észak-amerikai Columbia-folyónál zajló bazaltvulkanizmus, de úgy vélik, ez önmagában nem volt elegendő a meleg miocén közepi éghajlat létrehozására, ellentétben a kőzetlemezek mozgásából eredő kibocsátással. Azt nem zárják ki, hogy a szénkörforgást befolyásolta a kémiai mállás mértékének változása, de az szerintük a tektonikus kibocsátás 30 százalékos növekedésével ellentétben nem képes megmagyarázni, hogy miért volt annyira meleg a miocén első fele.

A hőmérséklet és a szén-dioxid-szint rekonstruált görbéje a kutatók szerint azt jelzi, hogy a sarki jégtakarók nem egyenletesen reagálnak ezek értékeinek változásaira. Emellett úgy néz ki, hogy a Föld déli és északi féltekéjén nagyon más határa van az eljegesedésnek. A kelet-antarktiszi jégtakarót például nagyon érzékenynek jelölik meg a mostaninál 10 fokkal melegebb globális átlaghőmérsékletre (a jelenlegi számítások szerint az emberi tevékenység által okozott felmelegedés az ipari forradalom előttihez képest a század végéig 2,6 fokos, azaz további 1,5 foknyi növekedéssel járhat), amelynek átlépése a nagy részének elolvadását okozta a miocénben.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: